专利名称：Led用复合反射面的制作方法
技术领域：
本发明属于照明及信号技术领域，具体涉及一种用于汽车灯具及普通民用照明的LED的反射面。
背景技术：
随着LED(发光二极管)技术的不断成熟，LED在照明、信号领域中的应用越来越广泛，随之而来的是对产品的各项性能指标要求也越来越严格。对于照明、信号类产品，其光学分布的性能是一个重要的指标。由于LED与传统光源从体积和发光特性等方面相比，具有截然不同的特性，因此对光学系统设计也提出了新的要求。
在实际照明应用中，需要的是具有控制在一定角度范围内的均匀过渡的配光。传统光源如白炽灯和气体放电灯等发光体相对于光学系统而言都有一定的张角，因此旋转对称或柱状抛物面在对光束进行准直的同时，仍能获得均匀且适当扩散的光型。对于LED，由于发光点对反射面张角很小，简单的抛物反射面往往产生高度准直的光束，无法形成具有适当扩散的光型，通常需要借助透镜组来实现配光要求。虽然能达到同样的光学要求，但额外的透镜增加了生产成本，增加了光损耗，同时又限制了灯具的外观设计自由度。
发明内容
本发明的目的在于提供一种适合于LED灯需求的成本低、光耗少的反射面。
本发明提出的适用于LED的反射面，是对简单的旋转对称或柱状抛物面反射镜的完全革新，使得灯具的光学系统仅采用反射镜，根据设计需要，调整参数，就能实现各种不同的配光模式。同时反射面的构成和分区模式可以根据需要进行调整，在实现配光多样化的同时，又能实现外观造型的多样化。
本发明提出的LED反射面由LED光源1和用于重新分配光源1的空间光分布的反射镜2构成。反射镜2由若干反射曲面单元2a拼合组成；每个反射曲面单元2a由一根横向母线和纵向母线控制形成，每根母线为二次曲线，所用二次曲线可以为圆弧、抛物线或双曲线的一部分。反射曲面2a可以有n排、m列，n≥1，m≥3。随着反射镜2外径尺寸的增加，在加工精度允许的情况下，n和m可以为十几甚至几十，例如3≤m，n≤30。每根母线的曲线段起始位置、各点曲率和法线方向由光源1的位置、该点处入射光线方向和设计要求的出射光线方向决定。
根据实际设计的需要，反射镜2中的反射曲面单元2a可以有各种排列、分布的形式，比较典型可以有如下两种结构锥形结构和双折面结构。
锥形结构形式如图1所示。反射镜2的光学作用面由n排、m列反射曲面单元2a组成，由光源1向外为散射形式。反射曲面单元2a面积向外逐渐增大，构成锥形反射镜面整体，其中，每个曲面单元2a由轴向母线3a沿径向母线3a旋转而形成，轴向母线3a向外散射，径向母线长度由内向外逐渐增大。轴向母线3a的二次曲线有n段，n至少为1，在加工精度允许及满足光学设计要求的前提下，n可以为十几甚至几十，例如3≤n≤30。每段曲线上各点位置、曲率和法线方向由其相对于光源1的位置、该点处入射光线方向和设计要求的出射光线方向决定。径向母线3b一般采用圆弧线，有m段，各段圆弧线相同，围成一m边等边多边形，m至少为3，在加工精度允许及满足光学设计要求的前提下，m可以为十几甚至几十，例如3≤m≤30。如图2所示，通过控制反射镜2上单元曲面2a的轴向母线3a各点的曲率和法线方向，可以将入射光线i1、i2、i3、i4反射至设计的角度范围内，形成反射光线r1、r2、r3、r4。反射镜2收集大角度光通，将大部分光能量控制在20度至30度的范围内。通过改变反射镜单元曲面2a光线入射点处的法线方向，可以使光线r1、r2、r3、r4出射方向不同，从而实现光能量的合理、高效的再分配，满足配光需求。图3为第一种方案的径向光控示意图，由图可见，通过控制反射单元曲面2a的径向母线3b的曲率，可以使光线适当扩散，从而实现均匀出射光斑的效果。
双折面结构形式如图5所示。反射镜2的光学作用面由n排、m列反射曲面单元2a组成，各个曲面单元的纵向母线平行，横向母线也平行。曲面单元由纵向母线4a沿横向母线4b的路径扫描而成，为一个曲面矩形。纵向母线采用二次曲线，共有n段，n至少为2，在加工精度允许及满足光学设计要求的前提下，n可以为十几甚至几十，例如3≤n≤30，每段曲线上各点位置、曲率和法线方向由其相对于光源1的位置、该点处入射光线方向和设计要求的出射光线方向决定。横向母线4b采用二次曲线，共有m段，m至少为1，在加工精度允许及满足光学设计要求的前提下，m可以为十几甚至几十，例如3≤m≤30。。如图6所示，LED光源1发出的光线i1、i2、i3、i4经反射镜2上的反射单元曲面2a反射，形成反射光线r1、r2、r3、r4。通过控制反射单元曲面2a各点纵向母线4a的法线方向，可以使光线反射至指定区域。在垂直方向上，反射镜2收集大角度光通，将大部分光通控制在20至30度范围内。图7为本方案横向光控示意图。与方案一一样，通过控制反射曲面单元2a的横向母线4b的曲率，可以使光线根据需要进一步扩散或会聚。同时，由于本方案的曲面由纵向母线4a和横向母线4b控制，无旋转对称关系，因此可以形成不对称的光型，包括上下不对称、左右不对称或两个方向都不对称，而不需要将光源或灯具偏轴安装。
图1是构成本发明第一种方案的反射镜单元透视图。
图2是第一种方案的轴向光控示意图。
图3是第一种方案的径向光控示意图。
图4是第一种方案的其他实例示意5是构成本发明第二种方案的反射镜单元透视图。
图6是第二种方案的纵向光控示意图。
图7是第二种方案的横向光控示意图。
图中标号1为LED光源，2为反射镜，2a为反射面曲面单元，3a为锥形结构的纵向母线，3b为锥形结构的横向母线，4a为双折面结构的纵向母线，4b为双折面结构的横向母线。
具体实施例方式
本发明装置由LED光源1和用于重新分配光源1的空间光分布的反射镜2构成。LED光源1可为大功率或普通功率LED，发射角度一般大于60度。图1至图6是本发明的光学实例。LED光源1位于反射镜2设计的焦点处，光源与反射镜成一一对应的关系。反射镜2由一系列微小曲面2a构成，对光源1发出的光线在两维方向上重新分配。由本装置组成可用于汽车、信号显示及普通民用照明。
图1表示的是本发明的第一种方案的(锥面结构形式)一个实例。如图2所示，轴向母线3a为圆弧，共有3段，通过控制反射镜2上单元曲面2a的轴向母线3a各点的曲率和法线方向，可以将入射光线i1、i2、i3、i4反射至设计的20度范围内，形成反射光线r1、r2、r3、r4。反射镜2收集大角度光通，将大部分光能量控制在20度的范围内，并主要集中在10度以内。图3为第一种方案的径向光控示意图。径向母线3b也为圆弧，共6段，构成正六边的曲边形。使用圆弧可以使光线适当扩散，从而实现5度范围内均匀的高亮度出射光斑的效果。两者结合，实现光能量的合理、高效的再分配，通过多个图示单元的组合能满足汽车制动灯的配光要求。
图4为方案一的不同实现方式。改变反射镜2径向和横向的分块数目，可以产生不同的外观造型。适当增加单元曲面2a的数目，可以实现对配光更精确的控制。
图5表示的是本发明的第二种方案(双折面结构形式)的一个实例，可应用于汽车倒车灯。如图6所示，纵向母线4a采用抛物线，共有7段，上下没有对称关系。在垂直方向上，反射镜2收集大角度光通，将大部分光通控制在垂直方向上下15度范围内，并将光轴调整至下偏2.5度，使光分布在垂直方向上更符合标准要求。图7为本方案横向光控示意图。横向母线4b也采用圆弧，共4段，与方案一一样，通过控制反射单元曲面2a的横向母线4b的曲率，使光线进一步扩散，达到45度，以满足倒车灯的大角度水平扩散的要求。
权利要求
1.一种LED用复合反射面，其特征在于由LED光源(1)和用于重新分配光源(1)的空间光分布的反射镜(2)构成，反射镜(2)由若干反射曲面单元(2a)拼合组成；每个反射曲面单元(2a)由一根横向母线和纵向母线控制形成，每根母线为二次曲线，所用二次曲线为圆弧、抛物线或双曲线的一部分；反射曲面(2a)可以有n排、m列，n≥1，m≥3；每根母线的曲线段起始位置、各点曲率和法线方向由光源(1)的位置、该点处入射光线方向和设计要求的出射光线方向决定。
2.根据权利要求1所述的LED用复合反射面，其特征在于反射镜(2)的光学作用面由n排、m列反射曲面单元(2a)组成，由光源(1)向外为散射形式；反射曲面单元(2a)面积向外逐渐增大，构成锥形反射镜面整体；其中，每个曲面单元(2a)由轴向母线(3a)沿径向母线(3a)旋转而形成，轴向母线(3a)向外散射，径向母线长度由内向外逐渐增大；径向母线(3b)采用圆弧线，有m段，各段圆弧线相同，围成一m边等边多边形。
3.根据权利要求1所述的LED用复合反射面，其特征在于反射镜(2)的光学作用面由n排、m列反射曲面单元(2a)组成，各个曲面单元的纵向母线平行，横向母线也平行。
4.根据权利要求2所述的LED用复合反射面，其特征在于轴向母线(3a)为圆弧线，共有3段，轴向母线(3a)的曲率和法线方法的设计，使入射光线经曲面单元反射后在20度范围内；径向母线(3b)为圆弧线，共6段，围成正六边曲面形。
5.根据权利要求3所述的LED用复合反射面，其特征在于纵向母线(4a)采用抛物线，共7段，在垂直方向上，反射镜(2)将大部分光通控制在垂直方向上、下15度范围内；径向母线(4b)采用圆弧线，共4段，控制径向母线(4b)的曲率，使光线扩散范围为45度。
全文摘要
本发明属电光源技术领域，具体为一种LED用复合反射面。它由LED光源和用于重新分配光源的空间光分布的反射镜构成。反射镜由若干反射曲面单元拼合组成；每个反射曲面单元由一根横向母线和纵向母线控制形成，每根母线为二次曲线，所用二次曲线可以为圆弧、抛物线或双曲线的一部分。本发明可根据设计需要，调整参数，就能实现各种不同的配光模式。同时反射面的构成和分区模式可以根据需要进行调整，在实现配光多样化的同时，又能实现外观造型的多样化。
文档编号F21Y101/02GK1948823SQ20061011729
公开日2007年4月18日 申请日期2006年10月19日 优先权日2006年10月19日
发明者屠其非, 周莉, 宋贤杰, 周太明 申请人:复旦大学